(57)【要約】【課題】ロータ駆動装置によるタービンロータの回転を容易かつ確実に行なうことが可能とされ、安全で簡単な制御システム構成によって運転することが可能なターニング装置を提供すること。【解決手段】タービンロータ３に接続され前記タービンロータ３を回転させるターニング装置２であって、前記タービンのロータ駆動装置Ｍと、前記ロータ駆動装置Ｍと前記タービンロータ３の間に設けられ、前記タービンロータ３の回転数が規定の回転数以下もしくはこれを超えた場合に、前記ロータ駆動装置Ｍと前記タービンロータ３との係合を連結・解除する伝達機構と、一方向の回転のみを許容する前記タービンロータの反転防止装置と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010190153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータに接続され前記タービンロータを回転させるターニング装置であって、
前記タービンのロータ駆動装置と、
前記ロータ駆動装置と前記タービンロータの間に設けられ、
前記タービンロータの回転数が規定の回転数以下もしくはこれを超えた場合に、前記ロータ駆動装置と前記タービンロータとの係合を連結・解除する伝達機構と、
一方向の回転のみを許容する前記タービンロータの反転防止装置と、
を備えることを特徴とするターニング装置。
【請求項２】
請求項1に記載のターニング装置であって、
前記伝達機構は、
前記ロータ駆動装置により回転されるヘリカルスプラインと、
前記ヘリカルスプラインが挿入され、前記ヘリカルスプラインの回転によって軸線方向に移動する第１回転部材と、
前記タービンロータと接続される第２回転部材と、を備え、
前記ヘリカルスプラインの回転数ｆ≧前記タービンロータの回転数Ｆ
である場合に、前記第１回転部材に形成された第１係合部と前記第２回転部材に形成された第２係合部とが係合することを特徴とするターニング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気タービン、ガスタービン等に用いられるタービンロータを回転させるターニング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、例えば、蒸気タービン、ガスタービン、またはこれらを組み合わせたコンバインドサイクルに適用される発電プラント等に用いられるタービンロータは、運転停止中に高温のまま回転させない状態で放置すると、タービン内部の蒸気又はガスの温度低下にともなってタービン車室内で生じる温度差によりタービンロータに生じる熱歪やロータの自重によってタービンロータに曲がりが発生する場合がある。
【０００３】
そこで、これら蒸気タービン等に用いられるタービンロータに曲がりが生じるのを回避するために、蒸気タービン等の運転停止時にタービンロータを所定時間、低速度で回転させるターニングを行なう必要があり、このようなターニングを行なうためにモータの動力によってタービンロータを回転させるターニング装置が広く用いられている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなターニングの自動運転においてモータとタービンロータの接続で移動ギアを移動する場合、タービンロータの回転が停止しないと移動ギアが破損するためにタービンロータの回転を確実に停止するとともに回転停止を確実に検出可能なインタロック回路を設けて制御システムを構築し、ターニング装置を構成するモータや減速機等が破損するのを防ぐ必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、かかるインタロック回路を備えた制御システムは非常に複雑であり、例えば、図７に示した従来のターニング装置の制御システム１００では、インタロック回路１１０に、タービンゼロスピード計１１１、タービン主塞止弁停止リミットスイッチ１１２、潤滑油供給圧力スイッチ１１３、ウオームギヤ位相適正位置センサ１１４、ウオームギヤ嵌合センサ１１５からの少なくとも５系統の信号を入力することが必要とされている。
【０００７】
また、ウオームギヤ１２１とホイールギヤ１２２を自動で嵌合させてモータを起動してターニングするためには、１）タービンゼロスピード計１１１によるタービンの完全停止を検知し、２）タービン主塞止弁停止リミットスイッチ１１２によるタービン主塞止弁の完全停止を検知し、３）エアシリンダ１２３でウオームギヤ１２１を回転させてその嵌り込み位相をリミットスイッチ１１６で検知する必要がある。
そして、４）エアシリンダ１２４でウオームギヤ１２１をホイールギヤ１２２に押し付け、かつ、エアシリンダ１２３でウオームギヤ１２１を回転させ、ウオームギヤ１２１とホイールギヤ１２２を嵌合させる。
そして、ウオームギヤ１２１の嵌合を、リミットスイッチ１１７が検知し、モータＭ１を起動させるようになっている。
このように多くのセンサ、制御機器が関連して制御システムの構成が複雑となるために、制御システムの構築、維持に多くのコストと労力が必要とされるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ロータ駆動装置によるタービンロータの回転を容易かつ確実に行なうことが可能とされ、安全で簡単な制御システム構成によって運転することが可能なターニング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、タービンロータに接続され前記タービンロータを回転させるターニング装置であって、ロータ駆動装置と、前記ロータ駆動装置と前記タービンロータの間に設けられ、前記タービンロータの回転数が規定の回転数以下もしくはこれを超えた場合に、前記ロータ駆動装置と前記タービンロータとの係合を連結・解除する伝達機構と、一方向の回転のみを許容する前記タービンロータの反転防止装置と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係るターニング装置によれば、前記伝達機構によりタービンロータが回転中であっても、タービンロータの回転数が規定の回転数以下になると、ロータ駆動装置とタービンロータとが機械的に連結されて、ロータ駆動装置からタービンロータへの駆動力が伝達される(ターニング状態)。
又、タービンロータが規定の回転数になるまで、ロータ駆動装置とタービンロータの連結が解除されているため、タービンロータが高速回転しているとき(通常運転時)に、タービンロータの回転がロータ駆動装置に伝達されることが無く、ロータ駆動装置が強制的に回転されることは無い。
【００１１】
但し、前記伝達機構は、回転数のみで判断し、タービンロータの回転方向は判断しない。
ターニングにおいては、タービンロータが反転することがあり、この状況においても前記伝達機構は、ロータ駆動装置とタービンロータとの機械的な連結を継続するため、ロータ駆動装置が強制的に逆回転される虞がある。
よって、前記伝達機構に一方向の回転のみを許容する反転防止装置を組み合わせた。
前記一方向の回転のみを許容する反転防止装置により、ロータ駆動装置が強制的に逆回転されることも無くなった。
その結果、タービン主塞止弁の停止の検出、ウオームギヤ位相適正位置の検知、及びウオームギヤの嵌り込み位相の検知が不要とされ、ロータ駆動装置が強制的に逆回転されることも無く、安全にターニング装置の制御システムの構成を簡単にすることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項1に記載のターニング装置であって、前記伝達機構は、前記ロータ駆動装置により回転されるヘリカルスプラインと、前記ヘリカルスプラインが挿入され、前記ヘリカルスプラインの回転によって軸線方向に移動する第１回転部材と、前記タービンロータと接続される第２回転部材とを備え、
前記ヘリカルスプラインの回転数ｆ≧前記タービンロータの回転数Ｆ
である場合に、前記第１回転部材に形成された第１係合部と前記第２回転部材に形成された第２係合部とが係合することを特徴とする。
【００１３】
この発明に係るターニング装置によれば、ヘリカルスプラインが挿入された第１回転部材が、ｆ≧Ｆである場合にロータ駆動装置の回転によってヘリカルスプラインの軸方向に移動するように構成されていて、第１回転部材が軸方向に移動して第１係合部と第２係合部が係合することで第１回転部材と第２回転部材、ひいてはロータ駆動装置とタービンロータが容易かつ確実に機械的に連結される。その結果、制御システムの構成を簡単にすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るターニング装置によれば、伝達機構としてロータ駆動装置とタービンロータとを連結、解除可能とすることにより制御システムの構成を簡単にすることができ、その結果、設備投資コスト及びメンテナンスコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るターニング装置の構成を示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態に係るクラッチ機構を側面視した一部縦断面図である。
【図３】第１の実施形態に係るワンウェイクラッチの概略構造図である。
【図４】第１の実施形態に係るクラッチ機構の係合を説明する概略図である。
【図５】第１の実施形態に係るクラッチ機構の係合解除を説明する概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るターニング装置の構成を示す概略構成図である。
【図７】従来のターニング装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図５を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る蒸気タービン（以下、タービン装置という）１及びターニング装置２を示す概略図である。
タービン装置１は、ターニング装置２と、タービンロータ３と、タービン本体１１とを備えており、ターニング装置２はタービンロータ３を低速（例えば、５〜２０ｒｐｍ）で回転可能とされている。
この実施形態において、ターニング装置２は、タービン装置１を構成するタービンロータ３の端部に接続されている。
【００１７】
ターニング装置２は、例えば、ロータ駆動装置としてモータＭと、伝達機構として減速機構２０及びクラッチ機構３０と、制御システム４０とを備え、モータＭの回転軸の回転を減速機構２０で減速し、減速機構２０で減速した回転をクラッチ機構３０によりタービンロータ３に伝達可能とされている。
【００１８】
この実施形態において、モータＭはターニング装置２の上部に配置されている。
減速機構２０は、例えば、図１に示すようにモータＭの回転軸に接続される一対のかさ歯車２３と、このかさ歯車２３の出力側に接続される回転軸Ｊ１と、回転軸Ｊ２と、回転軸Ｊ３と、駆動軸Ｊ４とを備え、モータＭの回転を回転軸Ｊ１の歯車Ｇ１、回転軸Ｊ２の歯車Ｇ２及び歯車Ｇ３、回転軸Ｊ３の歯車Ｇ４及び歯車Ｇ５、タービンロータ３に連結・解除される駆動軸Ｊ４の歯車Ｇ６まで６段の歯車を介して減速して駆動軸Ｊ４を駆動するようになっている。
又、本実施例では、回転軸Ｊ１の端部に反転防止装置として、ワンウェイクラッチ２４が設置されている。
【００１９】
クラッチ機構３０は、図２の概略構成図に示すとおりであり、図２はヘリカルスプライン３２の軸線Ｏ１を含む面で分割した上半分を図示したものである。
クラッチ機構３０は、ヘリカルスプライン３２と、第１回転部材３５と、第２回転部材３７と、ラチェット３９とを備え、ラチェット３９は第２回転部材３７に設けられたラチェット爪３８と第１回転部材３５に形成されたラチェット爪受部３６Ａにより構成されている。
【００２０】
ヘリカルスプライン３２は略多段円筒状に形成され、減速機構２０の駆動軸Ｊ４に接続される取付部３２Ａと、取付部３２Ａと直交する方向に伸びて形成された主軸部３３とを備え、取付部３２Ａと主軸部３３とは軸線Ｏ１を中心として同心状に形成されるとともに主軸部３３には螺旋状のヘリカルスプライン溝３３Ａが形成されている。
その結果、内周側にヘリカルスプライン溝３３Ａと相補的に形成されてヘリカルスプライン溝３３Ａが挿入される多段円筒状の第１回転部材３５は、ヘリカルスプライン３２により回転すると共にヘリカルスプライン３２の軸線Ｏ１方向に相対移動可能とされている。
【００２１】
第１回転部材３５は、モータＭにより回転されるヘリカルスプライン３２の回転数ｆとタービンロータ３の回転数Ｆの関係がｆ≧Ｆになると、ヘリカルスプライン溝３３Ａの螺旋により、軸線Ｏ１に沿って取付部３２Ａに近づく方向に移動するようになっている。
また、第１回転部材３５は、ヘリカルスプライン３２の回転数ｆとタービンロータ３の回転数Ｆの関係がｆ＜Ｆになった場合も、ヘリカルスプライン溝３３Ａの螺旋により取付部３２Ａから離れる方向に移動するようになっている。
【００２２】
また、第１回転部材３５は外周には第１大径部３５Ａ及び第２大径部３５Ｂが軸線Ｏ１方向に間隔をあけて形成されており、第１大径部３５Ａには軸線Ｏ１方向に沿って延在するスプライン部（第１係合部）３６が形成され、第２大径部３５ＢにはモータＭによる回転方向後方側が漸次拡径する傾斜部とされその傾斜部の終端側が径方向に切欠かれたラチェット爪受部３６Ａ形成され、このラチェット爪受部３６Ａにラチェット爪３８が係合可能とされている。
【００２３】
第２回転部材３７はフランジ付円筒形状とされ、フランジ部に形成されタービンロータ３と接続される出力部３７Ａと、円筒形状部の内周側に形成されスプライン部３６と係合し第１回転部材３５と軸線Ｏ１方向に相対移動可能とされるスプライン受部（第２係合部）３７Ｂと、円筒形状部の内周側に形成されるとともに第１回転部材のラチェット爪受部３６Ａと係合するラチェット爪３８を有している。
【００２４】
図４に通常運転からターニング運転への移行の過程を示す。
ヘリカルスプライン３２の回転数ｆとタービンロータ３の回転数Ｆの関係が通常運転のｆ＜Ｆでは、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとは係合しておらず、ラチェット３９でも第１回転部材３５のラチェット爪受部３６Ａは空転している。
タービンロータ３の回転数Ｆが低下し、ｆ≒Ｆとなった時点で、一時的に第２回転部材３７のラチェット爪３８と第１回転部材３５のラチェット爪受部３６Ａが嵌合し、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとが同位相となる。
【００２５】
又、第１回転部材３５はタービンロータ３のトルクにより回転されるため、第１回転部材３５はヘリカルスプライン溝３３Ａの螺旋により軸線Ｏ１方向に移動し、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとが係合する。
そして、ｆ≧Ｆとなった時点では、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとが係合状態となるため、第１回転部材３５は軸線Ｏ１方向に移動することが無く、タービンロータ３はモータＭにより低速回転される(ターニング状態)。
【００２６】
図５には、逆にターニング運転から通常運転への移行の過程を示す。
ヘリカルスプライン３２の回転数ｆとタービンロータ３の回転数Ｆの関係が、ターニング状態のｆ≧Ｆからタービンロータ３の回転数Ｆが上昇し、ｆ≒Ｆとなった時点で、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとの係合が緩む。
第１回転部材３５は、モータＭのトルクで回転されるヘリカルスプライン溝３３Ａの螺旋により発生する軸線Ｏ１方向の移動力が、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとの係合力を上回ると、ヘリカルスプライン溝３３Ａの螺旋により軸線Ｏ１方向に逆移動する。
よって、ヘリカルスプライン３２の回転数ｆとタービンロータ３の回転数Ｆの関係が、ｆ＜Ｆとなると、第１回転部材３５のスプライン部３６と第２回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとの係合が解除され、ラチェット３９はラチェット爪受部３６Ａが空転する。
【００２７】
上記の通り、クラッチ機構３０は、トルクの伝達方向に基づくヘリカルスプライン溝３３Ａの螺旋による第１回転部材３５の移動により、駆動軸Ｊ４とタービンロータ３を連結・解除するため、回転の方向は関係無い
よって、ターニング状態でタービンロータ３が反転した場合、連結状態が維持されたままでモータＭの回転方向と逆方向にタービンロータ３が回転しようとする。
このタービンロータ３の逆方向回転に対しては、減速機構２０に設置されたワンウェイクラッチ２４がロックし、タービンゼロスピード計により異常と検知しモータＭを停止している。
ワンウェイクラッチ２４としては、様々な構造が知られているが、図３に示すラチェットが最も構造が簡単で、且つスペースも取らぬため本実施例でも採用している。
【００２８】
ワンウェイクラッチ２４の具体的な構造としては、減速機構２０のケーシングに形成されたラチェット爪２４Ａと、回転軸Ｊ１の端部に形成されたラチェット爪受部２４Ｂとから成る。
回転軸Ｊ１が、モータＭの回転方向(図３のＸ方向)に回転している場合には、ラチェット爪受部２４Ｂが空転し、モータＭの回転駆動力が駆動軸Ｊ４へと伝達される。
【００２９】
逆に、タービンロータ３が反転し、回転軸Ｊ１がモータＭと逆の回転方向(図３のＹ方向)に駆動力を受けた場合、ラチェット爪２４Ａとラチェット爪受部２４Ｂとが嵌合し、回転軸Ｊ１はロックされる。
回転軸Ｊ１がロックされると、タービンゼロスピード計が回転軸Ｊ１のロックを検知し、インタロック回路４１は異常信号を制御システム４０に送信し、制御システム４０はモータＭを停止させる。
【００３０】
その結果、従来、インタロック回路に少なくとも５つのセンサからの信号を入力することが必要であったのに対して、タービンゼロスピード計４３と圧力スイッチ４５の２つのセンサからの信号をインタロック回路４１に入力することで制御システム４０を構成することができ、制御システム４０の構成を簡単にすることができる。その結果、設備投資コストを削減するとともに、ターニング装置を維持するために必要なセンサ等をはじめとするメンテナンスコストを削減することができる。
【００３１】
次に、図６を参照してこの発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態が第１の実施形態と異なるのは、インタロック回路４１に入力するタービンロータ３の回転信号の検出を、タービンゼロスピード計４３に代えてタービン回転計４３Ａにより検出する点であり、その他は第１の実施形態と同様であるため第１の実施形態と同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３２】
上記の通り、タービンゼロスピード計４３は、単にタービン回転数が一定値以下という異常を検知するための装置であり、当該一定値は従来のような精度は必要としないため、タービン装置１の通常運転でタービンロータ３の回転制御に用いるタービン回転計４３Ａ程度の精度で十分である。
よって、第２の実施形態に係るターニング装置２によれば、タービン装置１の通常運転でタービンロータ３の回転制御に用いるタービン回転計４３Ａによりタービンロータ３の回転を検知するので、タービンゼロスピード計４３を設けることが必要なく制御システム４０をさらに簡単な構成とすることができ、その結果、タービン装置１の設備投資費用及びメンテナンス費用を削減することができる。
【００３３】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、減速機構２０がモータＭに接続され、減速機構２０の駆動軸Ｊ４とタービンロータ３の間にクラッチ機構３０が配置される場合について説明したが、例えば、クラッチ機構３０を減速機構２０の筐体内部に設けてもよいし、また、クラッチ機構３０をモータＭと減速機構２０の駆動軸Ｊ４に至るまでのいずれかの位置に配置してもよい。
【００３４】
また、上記実施の形態においては、クラッチ機構３０における伝達が、ヘリカルスプライン３２の回転数によりその軸線Ｏ１方向に移動される第１の回転部材３５のスプライン部３６と、第２の回転部材３７のスプライン受部３７Ｂとが係合して行われる場合について説明したが、他のクラッチ機構を用いてもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態においては、ラチェット式のワンウェイクラッチ２４を用いる場合について説明したが、他の周知のワンウェイクラッチを設けてもよい。
更に、設置場所についても、減速機構のどの回転軸端部に設置しても良く、可能であればクラッチ機構３０内に設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
ロータ駆動装置によるタービンロータの回転を容易かつ確実に行なうことが可能とされ、安全で簡単な制御システム構成によって運転することができるので、産業上利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
ｆ  モータの回転数
Ｆ  タービンロータの回転数
Ｍ  モータ
Ｏ１  軸線
１  タービン装置
２  ターニング装置
３  タービンロータ
２４  ワンウェイクラッチ
３０  クラッチ機構
３２  ヘリカルスプライン
３５  第１回転部材
３６  スプライン部（第１係合部）
３７  第２回転部材
３７Ｂ  スプライン受部（第２係合部）
３９  ラチェット
【図１】
2010190153.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010190153.tif 000008
【図７】
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